Transformacija energetikos srityje dažnai vaizduojama per galutinį produktą – vėjo jėgaines, saulės baterijas ar naujas pramonines įrangos sistemas. Gerokai rečiau susimąstome, iš ko iš tiesų pagamintos šios technologijos. Būtent čia ir slypi paradoksas bei tam tikras energetikos transformacijos „melas“ – ji, siekdama nutraukti priklausomybę nuo iškastinio kuro, pati vis dar plačiai remiasi naftos kilmės žaliavomis.
Daugelis sektorių, kurie turėtų mažinti emisijas, išlieka priklausomi nuo naftos produktų. Tai ypač akivaizdu kompozitinių medžiagų srityje – be jų šiandien sunku įsivaizduoti ne tik vėjo energetiką, bet ir jūrų pramonę, sporto įrangą ar dalį techninių taikymų. Todėl nuolat keliama klausimą, ar įmanoma pakeisti tradicines, naftos pagrindu pagamintas dervas tokiomis, kurios būtų ne mažiau patvarios, bet gerokai prasmingesnės žiedinės ekonomikos požiūriu.
Ilgą laiką atsakymas buvo panašus: „bandyti galima“, tačiau tik kainos, savybių arba gamybos masto sąskaita. Naujausi rezultatai iš Suomijos išsiskiria tuo, kad laužo nusistovėjusią schemą – ir tai daro itin reiklaus pramonės sektoriaus sąlygomis.
Kompozitai iš pjuvenų ir šiaudų: sukūrė medžiagą, tvirtesnę už naftos pagrindu gaminamą
Oulu universiteto (Suomija) mokslininkai pranešė sukūrę naujų, biomasės pagrindu gaminamų epoksidinių ir poliesterinių dervų kompozitams. Universitetas pabrėžia, kad šios dervos neturėtų nusileisti komerciniams naftos kilmės ekvivalentams nei tvirtumu, nei kaina, nei pritaikomumu esamose pramoninėse gamybos linijose.
Žaliava čia nėra egzotiniai biomaterialai – naudojami šalutiniai srautai iš miškininkystės ir žemės ūkio, praktiškai kalbama apie pjuvenas ir šiaudus. Tai svarbu, nes tai regioniškai prieinami ištekliai, aktualūs ir Europos pramonei.
Didžiausią dėmesį patraukė vienas poliesterinės dervos parametrų. Mokslininkai nurodo, kad viena iš sukurtų dervų pasižymėjo 76 proc. didesne tempiamąja stiprybe, palyginti su komerciniu, iškastinio kuro pagrindu gaminamu atitikmeniu. Geriausias variantas pasiekė 71,9 MPa tempiamąją stiprybę, 98,0 °C stiklo perėjimo temperatūrą ir 3,74 Pa·s klampumą. Šie rodikliai vertinami kaip lygintini su šiuo metu rinkoje esančiomis medžiagomis.
Plastikas iš žemės ūkio atliekų – dar tolima, bet nebe teorinė vizija
Šis proveržis nereiškia, kad galima iš karto pakeisti „visą plastiką“ ar bet kokį kompozitą. Kalbama apie konkrečią termoreaktyviųjų dervų šeimą ir aiškiai apibrėžtą etaloninę medžiagą. Tai svarbus niuansas – visa kompozitų pramonė rytoj negalės tiesiog 1:1 perjungti procesų.
Chemija čia taip pat įdomesnė, nei gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. „Žemės ūkio atliekos“ tėra dalis visos dėlionės. Tyrėjų komanda dirba su platforminiais junginiais iš lignoceliuliozinės biomasės – tai frakcijos, esančios medienoje ir augaliniuose likučiuose. Svarbiausios čia – HMF ir furfuralas, naudojami kaip baziniai cheminiai „blokai“.
Praktiškai tai reiškia bandymą perkelti kuriamą vertę nuo paprasto biomasės perdirbimo prie pažangesnės medžiagų chemijos – į segmentą, kuriame maržos ir strateginė svarba yra gerokai didesnės nei tradiciniame modelyje „žaliava – pusgaminis“.
Kita vertus, nevertėtų apsimesti, kad viskas jau išspręsta. Iš poliesterinės dervos tyrimo matyti, jog nagrinėta sistema yra tik iš dalies biopagrįsta – joje vis dar naudojamas stirenas kaip reaktyvus skiediklis santykiu 62:38 (pagal masę: derva ir stirenas). Tai negriauna viso projekto, tačiau rodo, kad kelias link visiškai „be iškastinio kuro“ pagrįstos kompozitų chemijos bus etapinis.
Tas pats pasakytina ir apie ilgaamžiškumo įrodymus. Universitetas pristatė 90 dienų bandymus, kurių metu plokštės buvo veikiamos uosto sąlygomis – vandeniu, UV spinduliuote, temperatūros svyravimais ir drėgme. Tačiau pramonei reikalingi gerokai ilgesni bandymų ciklai, oficiali sertifikacija ir įvertinimas, kaip medžiaga elgiasi konkrečiuose gamybos procesuose.
Lygiagrečiai vystoma ir epoksidinių dervų linija, jau aprašyta žurnale „Composites Part B: Engineering“. Šioje kryptyje tiriami atsinaujinantys, chemiškai perdirbami furaniniai epoksidai, skirti pakeisti klasikines sistemas, paremtas DGEBA – vienu iš dažniausiai naudojamų komponentų komercinėse epoksidinėse dervose. Tai ypač svarbu, nes epoksidai yra daugelio aukštos našos taikymų pagrindas, o ne tik „ekologiški“ laboratoriniai demonstraciniai projektai.
Vėjo jėgainių „silpnoji grandis“ ir chemija, sukurta perdirbimui
Kompozitinės medžiagos jau daugelį metų kelia problemų produkto gyvavimo ciklo pabaigoje – tai ypač ryšku vėjo energetikoje. Didžiąją dalį vėjo turbinų masės sektorius jau sugeba perdirbti, tačiau sparnai dėl itin patvarių ir sunkiai atskiriamų kompozitų iki šiol išlieka vienu sudėtingiausių atvejų.
Europos vėjo energetikos asociacijos „WindEurope“ duomenimis, apie 90 proc. vėjo turbinos masės jau galima perdirbti standartiniais metodais, o pagrindinė neišspręsta problema lieka būtent sparnai. Manoma, kad iki 2030 m. kasmet Europoje susidarys apie 55 tūkst. tonų panaudotų sparnų atliekų. Nuo 2026 m. sausio 1 d. pati pramonė sau užsibrėžė tikslą jų nebekaupti sąvartynuose, tad poreikis naujoms, chemiškai perdirbamoms dervoms tampa itin skubus.
Būtent čia Oulu universiteto siūlomas sprendimas atitinka realius rinkos poreikius. Universitetas pabrėžia, kad naujas medžiagas galima chemiškai išardyti ir iš jų vėl pagaminti žaliavas. Žinoma, tai automatiškai neišsprendžia visos grandinės – reikės atsižvelgti į surinkimo, logistikos, rūšiavimo ir perdirbimo infrastruktūros kaštus. Tačiau šie iššūkiai kyla ne dėl naujos medžiagos, o yra natūrali žiedinės ekonomikos sistemos dalis.
Jei derva jau projektavimo metu turi aiškią „grįžimo į apyvartą“ galimybę, vėjo jėgainių, laivų ar pramoninių komponentų gamintojai nebeprivalo pasikliauti vien tik brangiais ir dažnai neefektyviais sprendimais produkto gyvavimo ciklo pabaigoje.
Europos priklausomybė nuo iškastinio kuro – ne tik klimato, bet ir saugumo klausimas
Ši tema turi ir platesnį – labiau europinį – matmenį. Eurostato duomenimis, 2023 m. Europos Sąjunga iš importo patenkino 58 proc. visų savo energijos poreikių. Naftos ir naftos produktų srityje priklausomybė nuo importo siekė net 94,8 proc.
Tai nėra paprastas argumentas „viską pakeiskime biomedžiagomis ir problema išnyks“, tačiau jis gerai paaiškina, kodėl Europos projektai, skirti kurti vietinių žaliavų pagrindu paremtą medžiagų chemiją, vis dažniau bus matomi ne tik kaip klimato, bet ir kaip pramoninės bei strateginės svarbos iniciatyvos.
Tokios inovacijos, kaip Oulu universiteto biopagrįstos, potencialiai perdirbamos kompozitų dervos, rodo, kad energetikos transformacija gali pamažu išsivaduoti iš savo „vidinio prieštaravimo“ – priklausomybės nuo to paties iškastinio kuro, kurį siekia pakeisti.
